設(shè)計一個可變的雙直流電源電路

許多模擬電子電路需要雙電源軌以實現(xiàn)適當(dāng)?shù)钠胶獠僮?，其中一種是運算放大器電路。A/D 轉(zhuǎn)換器、運算放大器和比較器等數(shù)字系統(tǒng)也需要負(fù)電源電壓。在我們之前的教程中，我們構(gòu)建了一個+12V 和 -12V 雙電源電路以及一個+5V 和 -5V 雙電源電路，但是這些電路的輸出是固定的，因此，在本教程中，我們將設(shè)計一個可變的雙直流電源電路，可提供14V至-14V的可變輸出電壓。電壓轉(zhuǎn)換任務(wù)分四個步驟執(zhí)行，即變壓器運行、整流、平滑和調(diào)節(jié)。

構(gòu)建可變雙電源電路所需的組件

執(zhí)行此項目需要以下組件：

可變雙電源電路圖

構(gòu)建可變負(fù)電壓調(diào)節(jié)器的完整示意圖如下所示。該電路由一個變壓器、一個整流電路、一個平滑電容器和最后一個電壓調(diào)節(jié)器組成。

該電路可分為四個部分。第一個是變壓器操作- 在這里，我們將首先使用降壓 （220v/12v） 中心抽頭變壓器將 220v AC 轉(zhuǎn)換為 12v AC。第二部分是整流- 然后將變壓器的輸出發(fā)送到整流電路。該電路將 12v AC 轉(zhuǎn)換為 12v DC。第三部分是平滑- 整流電路的輸出具有脈動性質(zhì)，用于將其轉(zhuǎn)換為純直流；我們在負(fù)載上連接了一個電容器。它也稱為過濾。最后一部分是調(diào)節(jié)- 最后，電容器的輸出被發(fā)送到穩(wěn)壓器 IC LM317T 和 LM337T，它們將提供所需的輸出電壓。所有這四個部分解釋如下：

1、變壓器操作：

第一步是使用降壓變壓器將 220v AC 轉(zhuǎn)換為 12v AC 。中心抽頭變壓器的初級繞組連接到家用電源（230v AC，50Hz），輸出取自中心抽頭變壓器的次級繞組。中心抽頭變壓器也稱為兩相三線變壓器。它用于將電壓從 220v AC 降壓到 12v AC。在下圖中，我們可以看到兩個外部繞組（T1 和 T3）之間的電壓差是中間（T2）和外部繞組（T1 或 T3）之間電壓差的兩倍。T1 和 T2 之間的電壓彼此相差 180 度。

2、整改：

在這一步中，我們將使用全橋整流器將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。整流電路將交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源。該電路是在二極管的幫助下制成的。我們使用功率二極管（1N5822 CY）制作整流電路。出于安全和靈活性的目的，使用這種特殊的二極管。如果我們使用低安培額定值的二極管，那么它可能會因電流浪涌而損壞。

功率二極管可以單獨使用，也可以連接在一起制作全波、半波整流電路等多種整流電路。在下圖中，功率二極管的行為類似于半波整流器。

我們可以使用兩種類型的整流電路將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。一種是半波整流電路，另一種是全波整流電路。在半波整流電路中，輸出電壓變?yōu)檩斎腚妷旱囊话?，我們可以用兩個二極管來設(shè)計，在全波整流電路中，輸出電壓等于輸入電壓，我們設(shè)計了一個全波整流電路。波整流電路使用四個二極管。這里我們使用了全波整流電路。在下圖中，我們可以看到全波整流器的電路。

全波整流電路的輸出電壓為：

V DC = 2V最大值/ π = 0.637 V MAX = 0.9 V RMS

全波整流電路的輸入輸出電壓波形如下圖所示。

整流器的輸出不是純直流，但其中包含紋波。

3.平滑：

整流電路的輸出本質(zhì)上是脈動的，因此我們使用平滑電容器來獲得純凈的直流電。全波橋式整流電路輸出端與負(fù)載并聯(lián)的平滑電容。我們使用電解電容器進行平滑處理。在這里，我們使用了兩個1000uF的電解電容

連接到全波整流電路的平滑電容器如下圖所示。

4. 監(jiān)管：

電容器的輸出被發(fā)送到電壓調(diào)節(jié)器 IC，它將提供所需的輸出電壓。在這里，我們使用了兩個可變電壓調(diào)節(jié)器 IC，一個用于可變正電壓 （LM 317T），另一個用于可變負(fù)電壓 （LM 337T）。

LM317 T（可變正電壓調(diào)節(jié)器）

LM317 T是三端可變正電壓調(diào)節(jié)器。它可以提供 1.5 安培電流，輸出電壓范圍為 1.25V 至 37V。LM317T 具有內(nèi)置的電流限制和關(guān)閉功能，因此具有短路保護功能。

LM317 的輸出是通過使用兩個電阻器 R1 和 R2 的比率來計算的，它們在輸出端形成一個分壓器電路，如圖所示。

LM317T 的輸出電壓可以使用以下公式計算。

Vout = 1.25 （1 + R2/R1）

LM337 T（可變負(fù)電壓調(diào)節(jié)器）

LM337 T 是三端可變負(fù)電壓調(diào)節(jié)器。它可以提供 1.5 安培電流，輸出電壓范圍為 -1.25V 至 -37V。LM337T 具有內(nèi)置的電流限制和關(guān)閉功能，因此具有短路保護功能。

LM337 的輸出是通過使用兩個電阻器 R1 和 R2 的比率來計算的，它們在輸出端形成一個分壓器電路，如圖所示。

LM317T的輸出電壓可以使用以下公式計算：

Vout = -1.25 （1 + R2/R1）

最后，我們使用了電壓顯示模塊。在這個顯示模塊中，我們顯示了正電壓的值。電壓顯示模塊不能顯示負(fù)電壓，因為這個模塊只能顯示0到30伏的數(shù)值。

制造可變雙電源PCB

現(xiàn)在我們有了原理圖，我們可以繼續(xù)為可變雙電源電路布置 PCB。您可以使用您選擇的任何 PCB 軟件來設(shè)計 PCB。如果您是剛開始接觸 PCB 的初學(xué)者，我們建議您查看PCB 設(shè)計入門指南。如果您想跳過設(shè)計過程，您也可以使用以下鏈接下載此掌上游戲機項目的 Gerber 文件：

格柏文件鏈接

下面是超聲波標(biāo)尺 PCB 頂層和底層的 2D 模型視圖：

如果您有興趣，還可以查看我們之前在 Circuit Digest 上構(gòu)建的其他PCB 項目。

組裝可變雙電源 PCB

一旦我們從 PCB 制造商那里收到 PCB，我們就開始組裝 PCB。完全焊接的板如下所示：

測試可變負(fù)電壓調(diào)節(jié)器

將元件焊接到 PCB 上后，接下來的任務(wù)是測試電路。為此，我將 220V 電源連接到降壓變壓器。電路的輸出讀數(shù)顯示在電壓顯示模塊上?？梢允褂眠B接在 PCB 兩側(cè)的微調(diào)電位器來改變正負(fù)電壓。電壓顯示模塊不能顯示負(fù)電壓，因為這個模塊只能顯示0到30伏的值，所以我們用萬用表來顯示負(fù)電壓。